電壓偏差和諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率評(píng)估

黃 巍，吳俊勇，魯思棋，郝亮亮

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電壓偏差和諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率評(píng)估

黃 巍，吳俊勇，魯思棋，郝亮亮

(北京交通大學(xué)，北京 100044)

針對(duì)多個(gè)三相不平衡配電網(wǎng)絡(luò)，在不同位置接入分布式光伏，運(yùn)用OpenDSS軟件計(jì)算了分布式光伏接入配網(wǎng)后節(jié)點(diǎn)電壓偏差及諧波電壓畸變率。根據(jù)ANSI C84.1-2006穩(wěn)態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)以及IEEE519-1992諧波標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電壓偏差和諧波電壓畸變率進(jìn)行約束，得出不同位置下穩(wěn)態(tài)電壓偏差和諧波約束下分布式光伏的最大滲透率，同時(shí)分析了線路調(diào)壓器及光伏接入點(diǎn)短路容量與光伏滲透率的關(guān)系。研究結(jié)果表明，光伏滲透率與具體配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線路參數(shù)相關(guān)，光伏接入點(diǎn)越靠近饋線首端，滲透率越大。同時(shí)考慮電壓偏差和諧波約束下光伏滲透率至少能達(dá)到20%，并且使線路調(diào)壓器與其下游接入的光伏發(fā)電功率協(xié)調(diào)配合也可顯著提高光伏的滲透率。

分布式光伏；配電網(wǎng)；電壓偏差；諧波；滲透率

0 引言

在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中接入分布式電源會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量帶來(lái)影響[1-4]，如何分析DG對(duì)系統(tǒng)的影響以及確定在某一給定約束下的最大安裝容量越來(lái)越受到關(guān)注。

目前，針對(duì)分布式電源接入實(shí)際配電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)討論的文獻(xiàn)比較少[5]，大多是基于光伏系統(tǒng)本身的控制來(lái)展開(kāi)研究。文獻(xiàn)[6]建立了光伏并網(wǎng)逆變器的EL功率模型，利用阻尼注入方法設(shè)計(jì)了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。文獻(xiàn)[7]提出功率控制調(diào)節(jié)系數(shù)算法，建立電壓不平衡下光伏發(fā)電的諧波電流抑制策略，并通過(guò)PSCAD平臺(tái)驗(yàn)證了方案的有效性。文獻(xiàn)[8]針對(duì)光伏逆變器進(jìn)行研究，提出了一種新型無(wú)變壓器型單相光伏逆變器。在實(shí)際配電網(wǎng)中，分布式光伏所占比例越來(lái)越大，尤其是在配電網(wǎng)負(fù)荷建筑物上安裝分布式光伏電源，使得配電網(wǎng)變成了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，而實(shí)際配電網(wǎng)普遍存在三相不平衡現(xiàn)象，此時(shí)，對(duì)于一個(gè)給定的實(shí)際配電網(wǎng)確定穩(wěn)態(tài)電壓偏差和諧波電壓約束下的光伏最大滲透率對(duì)于配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行顯的尤為重要。

從諧波分析的角度，在理想配電網(wǎng)中不同位置接入不同容量和模型的DG時(shí)，系統(tǒng)諧波電壓的畸變水平與DG接入位置、DG容量和DG的諧波源模型有關(guān)[9-10]。文獻(xiàn)[11]通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，建立了不同負(fù)荷分布規(guī)律下的諧波電壓畸變率計(jì)算模型，并根據(jù)IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)分別算出7次諧波和9次諧波約束下的分布式電源的最大滲透率，得出最大滲透率可以達(dá)到饋線容量的100%。文獻(xiàn)[12]把諧波約束下的逆變型分布式電源的最大滲透率抽象成一個(gè)混合整型非線性規(guī)劃問(wèn)題，并通過(guò)粒子群算法求解得出諧波電壓約束下的分布式電源的最大容量。

從電壓偏差的角度，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中接入DG會(huì)導(dǎo)致接入點(diǎn)處過(guò)電壓，而DG對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響與DG的容量以及DG的安裝位置密切相關(guān)[13-15]。文獻(xiàn)[16]從電網(wǎng)電壓降落的角度研究光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)前后電網(wǎng)電壓的變化，并提出了解決分布式光伏發(fā)電引起電壓越限的措施和方案。在電壓約束下的DG最大接入容量方面，文獻(xiàn)[17]針對(duì)不同典型的負(fù)荷分布，計(jì)算得出考慮過(guò)電壓約束下的分布式光伏電源的準(zhǔn)入容量。文獻(xiàn)[18]提出了考慮電壓調(diào)整約束后的準(zhǔn)入功率計(jì)算模型。該模型的特點(diǎn)是能夠模擬有載調(diào)壓變壓器、分布式電源事故停運(yùn)以及多個(gè)分布式電源的情況。文獻(xiàn)[19]推導(dǎo)出了6種典型分布情況下線路電壓偏差和電壓波動(dòng)不越限時(shí)分布式光伏最大容量，并在此基礎(chǔ)上定義了光伏可接入容量極限的概念。

在已有成果的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)對(duì)IEEE123、IEEE37、IEEE13三個(gè)不同規(guī)模的典型三相不平衡配電網(wǎng)絡(luò)，在不考慮增加額外無(wú)功補(bǔ)償或者調(diào)壓設(shè)備的前提下，在不同位置接入分布式光伏發(fā)電裝置，逐漸增加光伏的容量，得出不同系統(tǒng)在電壓偏差和諧波約束下能夠達(dá)到的光伏最大滲透率。

1 ?理論分析

1.1 電壓和諧波分析

分布式光伏是指分布在負(fù)荷附近，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的小型環(huán)保發(fā)電設(shè)施。 一般由光伏發(fā)電環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)以及電網(wǎng)側(cè)濾波環(huán)節(jié)等部分組成。同時(shí)為了最大限度地利用光照資源，分布式光伏通常工作在最大功率點(diǎn)跟蹤模式(MPPT)以及單位功率因數(shù)狀態(tài)，在分析中，將光伏視為一個(gè)純有功功率電源。

光伏接入到配電網(wǎng)以后，根據(jù)IEEE1547相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，光伏不參與電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)光伏接入到配電網(wǎng)以后，由于光伏有功功率的輸出，能夠改變線路上傳輸?shù)墓β?，從而改變?jié)點(diǎn)電壓的大小。光伏有功輸出越大，對(duì)電壓的影響越顯著。

從諧波建模和仿真的角度，一個(gè)光伏可以看作是一種向配電饋線注入諧波的非線性負(fù)荷，經(jīng)過(guò)功率變換器接入電網(wǎng)的光伏會(huì)產(chǎn)生諧波電流，如果光伏在某個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的諧波電流足夠大，配電網(wǎng)的電壓畸變率會(huì)超過(guò)IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的畸變限值。

本文通過(guò)在給定電網(wǎng)中不同的位置逐漸增加光伏的安裝容量，在一天時(shí)間內(nèi)觀察給定電網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓和諧波電壓畸變率是否超過(guò)了ANSI C84.1-2006電壓標(biāo)準(zhǔn)和IEEE519-1992諧波標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

1.2 光伏模型

仿真采用EPRI開(kāi)發(fā)的OpenDSS軟件，OpenDSS是一個(gè)三相不平衡潮流計(jì)算軟件，光伏采用OpenDSS內(nèi)部提供的光伏系統(tǒng)模型，光伏陣列輸出的功率取決于光照強(qiáng)度以及溫度，每個(gè)光伏工作在單位功率因數(shù)和最大功率點(diǎn)跟蹤模式(MPPT)。圖1給出了安裝容量為139 kVA的光伏一天時(shí)間內(nèi)的功率輸出曲線。

在諧波潮流計(jì)算中，光伏的諧波源特性根據(jù)IEC 61727-2004(光伏并網(wǎng)接口特性)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置光伏系統(tǒng)的各次諧波輸出參數(shù)，通過(guò)潮流計(jì)算，得出一天之內(nèi)隨著光照強(qiáng)度和溫度變化的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓畸變率以及電壓偏差。

圖1 光伏一天時(shí)間內(nèi)的功率輸出變化曲線

1.3 配電網(wǎng)絡(luò)與負(fù)荷

實(shí)際配電網(wǎng)由于系統(tǒng)負(fù)荷不平衡，或者對(duì)地電容不均衡都會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)三相不平衡情況，而且實(shí)際配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)千差萬(wàn)別，因此研究多個(gè)給定的實(shí)際配電網(wǎng)的光伏最大滲透率并從中總結(jié)規(guī)律，對(duì)于配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。因此，本文選取IEEE123、IEEE37、IEEE13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為研究對(duì)象。IEEE系統(tǒng)屬于多節(jié)點(diǎn)多分支樹(shù)狀配電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)荷種類繁多，包括兩相負(fù)荷，三相負(fù)荷。為了調(diào)節(jié)電壓，維持電壓在給定的范圍內(nèi)IEEE系統(tǒng)都含有單相或者三相調(diào)壓器。為了便于研究，不考慮負(fù)荷在一天之內(nèi)的隨機(jī)特性，同時(shí)將變電所以上的電壓等級(jí)都等效成一個(gè)電壓源。

1.4 光伏的位置選取

定義光伏的滲透率為光伏的總安裝容量與配電網(wǎng)所有負(fù)荷的峰值視在功率的比值。

為了研究不同位置接入分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)的影響，首先對(duì)給定系統(tǒng)，對(duì)所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)按照與饋線電源的距離進(jìn)行排序，負(fù)荷與饋線首端的距離通過(guò)輸電線路的長(zhǎng)度計(jì)算得出，以到饋線首端的距離的最小值和最大值為端點(diǎn)，將整個(gè)區(qū)間等分成三等份。取位于區(qū)間前三分之一的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)接入光伏為“首端”接入方案；位于配電網(wǎng)中間三分之一的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)接入光伏為“中部”接入方案；位于配電網(wǎng)后三分之一的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)接入光伏為“末端”接入方案；“均勻”分布方案是指在所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上接入光伏，“隨機(jī)”分布方案是將負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到饋線電源的距離進(jìn)行隨機(jī)排序，根據(jù)不同系統(tǒng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，取前面若干個(gè)節(jié)點(diǎn)接入光伏。如對(duì)于IEEE123節(jié)點(diǎn)算例，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到饋線電源的距離的最小值為400英尺，到饋線電源的距離的最大值為6?225英尺，將區(qū)間[400，6?225]等分成三段，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到電源的距離位于前三分之一段為饋線首端，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)到電源的距離位于中間三分之一段范圍內(nèi)的為饋線中部，距離位于后面三分之一的范圍內(nèi)為饋線末端。由于仿真算例屬于多分支配電樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)，饋線末端的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)也有可能屬于同一距離但是不同分支的線路上。同時(shí)為了充分研究給定系統(tǒng)的光伏滲透率，對(duì)于隨機(jī)分布情況，每一個(gè)系統(tǒng)仿真三種光伏隨機(jī)分布的情況。

通過(guò)饋線首端、中部、饋線末端，均勻分布以及隨機(jī)分布五種典型的位置，在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上接入光伏，不斷地增加光伏的滲透率，觀察一天之內(nèi)含光伏配電網(wǎng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓和諧波畸變率，直到一天之內(nèi)某個(gè)時(shí)刻配電網(wǎng)的某個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓偏差或者諧波電壓畸變率越限。在考慮諧波影響的光伏滲透率時(shí)，不考慮非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波的影響。取光伏滲透率按15%遞增，接入每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的光伏按照某種接入位置下每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的容量占總負(fù)荷容量的比例進(jìn)行分配，不斷地提高滲透率，直到電壓偏差或者諧波畸變率越限。

2 ?算例分析

在IEEE系統(tǒng)中根據(jù)上述位置接入光伏，仿真得出某個(gè)位置和容量下光伏運(yùn)行一天的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓和諧波畸變率，并找出一天之內(nèi)電壓和諧波電壓畸變率的最大值，直到電壓和諧波畸變率超過(guò)了ANSI C84.1-2006穩(wěn)態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)以及IEEE519-1992諧波標(biāo)準(zhǔn)下的限值。

2.1 IEEE123節(jié)點(diǎn)算例評(píng)估

在IEEE123節(jié)點(diǎn)算例中，有四個(gè)調(diào)壓器，兩個(gè)三相調(diào)壓器，兩個(gè)單相調(diào)壓器，同時(shí)在饋線末端區(qū)域包含四個(gè)接地電容，通過(guò)提供容性無(wú)功功率實(shí)現(xiàn)對(duì)末端電壓的支撐。在饋線首端，饋線中間，饋線末端，均勻以及三種隨機(jī)分布的位置下接入分布式光伏，不同位置下，考慮電壓和諧波約束的光伏最大滲透率仿真結(jié)果如圖2所示。由圖可見(jiàn)，在IEEE123節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)中，電壓偏差指標(biāo)成為限制光伏最大滲透率進(jìn)一步提高的主要瓶頸；即使不采取任何措施，該配電網(wǎng)的最大光伏滲透率也在30%以上。

圖2 IEEE123節(jié)點(diǎn)光伏最大滲透率

2.2 IEEE37節(jié)點(diǎn)算例評(píng)估

IEEE37節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)含有兩個(gè)單相調(diào)壓器，均位于主配電變壓器下側(cè)，不含固定電容器。考察光伏滲透率與電壓偏差和諧波的關(guān)系。不同位置下的仿真結(jié)果如圖3所示。由圖可見(jiàn)，在IEEE37節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)中，諧波指標(biāo)成為限制光伏最大滲透率進(jìn)一步提高的主要瓶頸；即使不采取任何措施，該配電網(wǎng)的最大光伏滲透率也在20%以上。

圖3 IEEE37節(jié)點(diǎn)光伏最大滲透率

2.3 IEEE13節(jié)點(diǎn)算例評(píng)估

IEEE13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)含有一個(gè)單相調(diào)壓器，位于主配電變壓器下側(cè)，含兩個(gè)固定電容器，一個(gè)三相電容器以及一個(gè)單相電容器。不同位置下的仿真結(jié)果如圖4所示。由圖可見(jiàn)，在IEEE13節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)中，電壓約束和諧波約束下的光伏滲透率均能達(dá)到50%以上，諧波約束下的光伏滲透率能達(dá)到100%，電壓和諧波指標(biāo)此時(shí)并不是限制光伏滲透率進(jìn)一步提升的瓶頸，但是不同位置下的光伏滲透率各有不同。

圖4 IEEE13節(jié)點(diǎn)光伏最大滲透率

2.4 不同系統(tǒng)進(jìn)行比較

取電壓偏差和諧波約束下的光伏滲透率的較小值作為該系統(tǒng)的光伏最大滲透率，即

不同系統(tǒng)的光伏滲透率結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同系統(tǒng)的光伏最大滲透率

3 ?分布式光伏數(shù)據(jù)結(jié)果分析

不同的系統(tǒng)在電壓和諧波約束下的光伏最大滲透率相差比較大，反映出了不同系統(tǒng)的饋線結(jié)構(gòu)的差異。同一系統(tǒng)不同位置上的光伏最大滲透率也相差較大。

IEEE123系統(tǒng)考慮諧波約束的滲透率顯著高于電壓約束下的滲透率，其中首端位置下的光伏滲透率最大，末端最低，圖2中首端位置下諧波約束下的光伏最大滲透率能達(dá)到380%，意味著此時(shí)諧波指標(biāo)不是光伏滲透率的主要限制因素。

對(duì)IEEE37系統(tǒng)而言，諧波和電壓約束的光伏最大滲透率與IEEE123系統(tǒng)相反，諧波指標(biāo)成為限制光伏滲透率的主要因素，但是考慮電壓和諧波雙重因素的光伏滲透率與IEEE123系統(tǒng)近似。可以看出，不論是諧波還是電壓，末端接入的光伏滲透率依然是最小，均勻分布情況下的光伏最大滲透率都比較大。

在IEEE13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，電壓與諧波約束下的光伏滲透率能達(dá)到50%以上，說(shuō)明對(duì)于此系統(tǒng)，電壓和諧波指標(biāo)并不是限制光伏滲透率的主要因素。

圖5結(jié)果顯示，對(duì)于不同系統(tǒng)，同時(shí)考慮電壓偏差和諧波約束下的光伏最大滲透率至少能夠達(dá)到20%以上，這對(duì)于實(shí)際電網(wǎng)光伏及分布式電源規(guī)劃具有指導(dǎo)意義。

從仿真結(jié)果來(lái)看，不論是電壓約束還是諧波約束，在末端位置下接入光伏的滲透率總是最小的，而首端位置和中部位置下的光伏要顯著高于末端位置下的光伏滲透率。光伏接入末端位置時(shí)，電壓變化更顯著，因此，一般情況下，光伏接在末端下的滲透率要小于接在首端和中部位置下的光伏滲透率。

如圖6所示，分別在IEEE37節(jié)點(diǎn)首端和末端接入相同滲透率的光伏，可以看出，不接光伏時(shí)，末端電壓已經(jīng)越下限了，接入光伏之后，末端位置下配電網(wǎng)電壓抬升效果顯著高于首端位置下。

圖6 光伏滲透率為30%時(shí)IEEE37節(jié)點(diǎn)A相電壓變化

在仿真中，均勻分布下的光伏的滲透率都非常大，此時(shí)光伏在饋線系統(tǒng)中的分散度相對(duì)于其他位置下的光伏明顯增大，說(shuō)明在給定配電網(wǎng)中，光伏接入的分散度越高，滲透率越大。

綜上所述，對(duì)于電壓偏差和諧波電壓約束下的光伏滲透率，光伏的接入位置一定時(shí)，光伏總出力占負(fù)荷比值越大，電壓抬升的越高，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)各相電壓諧波畸變率也越大。光伏的接入容量一定時(shí)，通常情況下，位置越靠近饋線末端，越容易導(dǎo)致電壓和諧波畸變率越限。

4 ?電壓約束條件下線路調(diào)壓器與光伏的配合

IEEE123系統(tǒng)包括四個(gè)調(diào)壓器，當(dāng)不接入光伏以及不接入調(diào)壓器時(shí)，IEEE123系統(tǒng)末端A相電壓越下限，通常情況下，接入調(diào)壓器或者接入一定容量的光伏時(shí)，末端電壓可得到有效提升，而單獨(dú)接入光伏與單獨(dú)接入調(diào)壓器時(shí)的末端節(jié)點(diǎn)電壓抬升能力與光伏的容量以及SVR的參數(shù)設(shè)置有關(guān)。在含有調(diào)壓器的配電網(wǎng)絡(luò)中接入光伏，考慮穩(wěn)態(tài)電壓偏差上限標(biāo)準(zhǔn)，PV與SVR對(duì)某些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)同時(shí)具有電壓抬升能力，在SVR下游加入光伏之后，相當(dāng)于等效地增大了SVR的補(bǔ)償阻抗，而此時(shí)原配電網(wǎng)的SVR的補(bǔ)償阻抗維持不變，則很有可能使負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓越上限。若考慮調(diào)壓器與下游光伏實(shí)際出力的配合，在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓偏差已經(jīng)越限的情況下，改變調(diào)壓器的補(bǔ)償阻抗或者調(diào)整調(diào)壓器的抽頭值，可進(jìn)一步增大光伏的滲透率，如圖7所示。

圖7 考慮調(diào)壓器與光伏配合后的光伏滲透率的變化

5 ?諧波約束下光伏滲透率分析

諧波約束下的光伏滲透率與電壓約束下的光伏滲透率在位置上的分布規(guī)律類似，末端位置接入情況下的光伏滲透率總是小于首端和中部位置下的光伏滲透率。

IEEE123系統(tǒng)和IEEE37系統(tǒng)諧波約束下的光伏滲透率相差很大，說(shuō)明諧波約束下的光伏滲透率與不同系統(tǒng)的饋線構(gòu)造相關(guān)。隨著光伏滲透率的增大，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓諧波畸變率呈現(xiàn)單調(diào)遞增上升趨勢(shì)，與含有SVR的配電網(wǎng)的電壓的變化趨勢(shì)略有不同。在含有非線性分布式電源的配電網(wǎng)中，當(dāng)分布式電源距離系統(tǒng)母線越遠(yuǎn)，分布式電源總出力越多，則配電網(wǎng)諧波電壓的畸變水平就越大。

6 ?短路容量與光伏滲透率的關(guān)系

實(shí)際情況中，在根據(jù)并網(wǎng)確定DG的裝機(jī)容量時(shí)，通常采用基于并網(wǎng)點(diǎn)短路容量的方法[20]。并網(wǎng)點(diǎn)短路容量越大，表明網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)，負(fù)荷等設(shè)備的投切不會(huì)引起電壓幅值或者其他電能指標(biāo)的變化，基于此，對(duì)IEEE的三個(gè)系統(tǒng)的不同位置下的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處求出各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的短路容量，并求出各個(gè)位置下負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的短路容量的平均值，以表征該位置下的短路容量。同時(shí)，對(duì)不同位置下的短路容量與不同位置下電壓和諧波約束下的光伏滲透率進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算觀察短路容量與不同指標(biāo)下的光伏滲透率的線性相關(guān)性，如表1和表2所示。

表1 電壓約束下光伏最大滲透率與不同位置下短路容量的相關(guān)性系數(shù)

Table 1 Correlation coefficient of maximum penetration and PV maximum penetration in several scenarios with voltage considerations

表2 諧波約束下光伏最大滲透率與不同位置下短路容量的相關(guān)性系數(shù)

Table 2 Correlation coefficient of maximum penetration and PV maximum penetration in several scenarios with harmonic considerations

從表1、表2可以看出，電壓約束下的光伏滲透率與短路容量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，說(shuō)明相同容量的光伏接入短路容量越大的位置，對(duì)電壓偏差影響越小；而短路容量對(duì)于諧波約束下的光伏滲透率影響不顯著，不同的系統(tǒng)相差較大。

7 ?結(jié)論

本文針對(duì)三個(gè)典型的不平衡配電網(wǎng)絡(luò)，在不同位置接入光伏電源，得出考慮電壓偏差和諧波約束下的光伏最大滲透率，并分析了不同位置下分布式光伏接入配網(wǎng)后電壓和諧波畸變率的變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：

(1)?一定容量的光伏接入配電網(wǎng)絡(luò)，會(huì)對(duì)饋線上的電壓和諧波產(chǎn)生重大影響，隨著光伏容量的增大，會(huì)對(duì)饋線上的電壓產(chǎn)生抬升作用，同時(shí)，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的諧波電壓畸變率也隨著光伏容量的增大而單調(diào)遞增。

(2)?對(duì)于諧波和電壓約束下的光伏滲透率，光伏接入位置越靠近饋線首端，最大滲透率越大，越接近配網(wǎng)末端，允許的最大滲透率越小。實(shí)際配電網(wǎng)的光伏接入位置應(yīng)盡量靠近配電變壓器側(cè)，有利于減小對(duì)配電網(wǎng)的不利影響。

(3)?實(shí)際配電網(wǎng)都含有一個(gè)或者多個(gè)調(diào)壓器，通過(guò)改變分接頭來(lái)維持末端電壓在額定值附近。當(dāng)分布式光伏接入配電網(wǎng)以后，調(diào)壓器的參數(shù)需要根據(jù)其下游接入光伏的實(shí)際出力協(xié)調(diào)配合，比如分接頭的調(diào)整或者補(bǔ)償阻抗的重新整定，實(shí)現(xiàn)在同樣的電壓抬升效果下，增大光伏的滲透率。

(4)?均勻分布下的光伏對(duì)于電壓和諧波約束的最大滲透率顯著高于各種集中光伏接入方案的滲透率，說(shuō)明分布式光伏接入位置的分散度越大，對(duì)配電網(wǎng)的影響也越小，滲透率也越大。

(5)?不同系統(tǒng)電壓約束下光伏的滲透率與不同位置的短路容量顯著相關(guān)，諧波約束下的光伏滲透率在不同的系統(tǒng)與短路容量的相關(guān)性不顯著，與具體系統(tǒng)的饋線結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)。

(6)?不同系統(tǒng)由于配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)不同，影響最大光伏滲透率的約束也不同。從仿真結(jié)果上看，對(duì)于各種結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)，考慮電壓和諧波約束下的光伏滲透率至少能達(dá)到20%以上。

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(編輯 姜新麗)

Maximum photovoltaic penetration considering voltage deviation and harmonic constraints

HUANG Wei, WU Junyong, LU Siqi, HAO Liangliang

(Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

This paper interconnects distributed photovoltaic with several PV location scenarios for several unbalanced distribution system, and calculates the steady state voltage and voltage harmonic distortion with power flow program. Various levels of photovoltaic penetration are presented under the voltage constraints in the ANSI C84.1-2006 standard and the voltage harmonic distortion constraints in the IEEE519-1992 standard with several PV location scenarios. And with the simulation results of different output and different location scenarios of PV, the relationship between SVR and short circuit capacity and photovoltaic penetration is analyzed. The result of simulation shows that the penetration of photovoltaic is related with the line parameters of actual system. The closer the location of photovoltaic to the feeder source, the larger the penetration will be. For the cases considering the voltage and harmonic limits simulated, maximum photovoltaic penetration will be at least 20% of peak load, and with the coordination between SVR and the downstream PV system, the penetration of PV will be increased significantly.

distributed photovoltaic; distribution network; voltage deviation; harmonic; penetration

10.7667/PSPC150842

2015-05-19；

2015-07-06

黃 巍(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制；E-mail: 13121413@bjtu.edu.cn 吳俊勇(1966-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制，新能源發(fā)電和智能電網(wǎng)，鐵道電氣化，電力信息化。E-mail: wujy@bjtu.edu.cn